生物的生存與滅絕

為什麼孔雀要開屏？
為什麼獅子要「殺子」？
為什麼蜻蜓經常成對飛行？
為什麼螞蟻總能找到最佳路徑？

　　地球自誕生到今天，各種生物來來去去。為什麼恐龍、猛?象會滅絕？又為什麼會有新的物種產生？為了求生存，生物會相互殘殺還是共存共榮？身處險境，為何有的生物得以生存，有的走向滅絕？

　　本書涵括物種的起源、進化、遺傳、突變、生存、滅絕……，從達爾文的物競天擇與孟德爾的遺傳實驗，為您剖析物種如何形成，遺傳如何發生，生物朝什麼方向進化，並以賽局理論的觀點，告訴您如何找到賽局中的最佳戰略，從「囚犯的兩難」脫身，得到最後的勝利。並在環境日益惡化的今天，提出生物進化中的「利他行為」才是全球賽局中的最佳戰略，人類得以永續生存的最大關鍵。

作者簡介

泰中啟一

　　1949年出生於日本愛知縣名古屋市。理學博士。名古屋大學理工研究所畢業（專攻理論生物物理學），曾任茨城大學理學院助教、副教授，並於1996年擔任美國麻省理工學院客座教授。1998年起擔任靜岡大學工學院系統工學系教授，2006年起兼任同所大學的創造科學技術研究所教授。專攻領域為生態系與生物進化的模擬研究，著有《「失敗就是勝利」的生存戰略》（Best新書出版）。

吉村 仁

　　1954年出生於日本神奈川縣川崎市。紐約州立大學博士，專攻生物學。加拿大英屬哥倫比亞大學、美國杜克大學、倫敦帝國學院群體生物學研究中心研究員。自1997年擔任靜岡大學工學院副教授，2001年榮升為教授。2006年起擔任同所大學的創造科學技術研究所教授。專攻領域為理論生物學、生態學與進化生物學。著有《17年蟬之謎》（文藝春秋出版）。

譯者簡介

程蘭婷

　　淡江大學日語系畢業。日本文化外國語專門學校日本語教師養成科。文字工作者，曾任出版社雜誌編輯、企劃主編等職。目前為專職日文譯者，並致力於照護流浪動物的義工工作，除了熱心參與各項相關活動外，還同時協助推動街頭流浪動物的TNR觀念與拯救行動。

繪者簡介

石森愛彥

　　1958年出生。專業插畫家。日本桑澤設計研究所美術設計研究所畢業。插畫作品有《17年蟬之謎》（吉村仁著，文藝春秋出版）。

第１章　生物的適應法則
達爾文的自然選擇理論∕「個體選擇」與「群體選擇」∕進化的歷史及實證∕蜥蜴後肢的演化∕進化系統樹與分子系統樹∕生物如何適應環境∕獅子為什麼要「殺子」？∕蜻蜓為什麼經常成對飛行？∕孔雀為什麼要開屏？∕橡樹為什麼要大量結實？∕溫和型生物為何會進化？

第２章　探索物種形成之謎
生物為何會「敷衍了事」？∕ 生命的起源∕生物朝什麼方向進化？∕何謂「種」？∕種化是如何發生的？ ∕各種生物登場的寒武紀大爆發∕物種分化的「熱點」∕爆發性的種化假說

第３章　遺傳是如何發生的？
遺傳物質與泛生論∕遺傳因子的本體是ＤＮＡ∕孟德爾從豌豆實驗發現遺傳法則∕血型的遺傳機轉∕不可思議的遺傳基因複製∕突變與中立說相互矛盾嗎？∕充滿挑戰的基因重組技術

第４章　各種生物的最佳子代數量
燕子產多少卵最恰當？∕不可思議的17年蟬∕會自動變性的魚∕寧可為妾的鳥∕動物群體的大小如何決定？∕為什麼會發生老化現象？∕為什麼螞蟻總能找到最佳路徑？∕費洛蒙與《法布爾昆蟲記》∕不工作的「工蟻」

第５章　生物的共存共榮
動物的共存共榮策略∕螞蟻和蜜蜂的社會制度∕漢彌爾頓的親屬選擇論∕為什麼親子之間會爭執不斷？∕非洲裸鼴鼠的利他行為

第６章　生物的賽局理論與利他行為
生物的打鬥不過是一種禮儀∕鷹‧鴿賽局理論∕何謂ＥＳＳ戰略？∕鏟雪賽局∕鷹?鴿賽局理論中的ＥＳＳ戰略∕囚犯的兩難∕為什麼報復戰略比較強？∕何謂巴夫洛夫戰略？∕巴夫洛夫戰略的缺點與黃金律∕黃金策略的最適性

第７章　滅絕與多種共存之謎
生物滅絕的機轉∕棲息地稍受破壞，生物即可能滅絕∕恐龍滅絕之謎∕猛?象滅絕之謎∕多種共存的機轉∕何謂「空間區隔棲息」？∕何謂「時間區隔棲息」？∕為何生物可以多種共存？∕雌、雄的出生比例∕為何會雌雄各半？∕費雪的性別比例論∕為何昆蟲子代雌性多？∕非ＥＳＳ的性別比例論∕為何人類生男比例高？

前言

　　這本書是為了剛接觸生物進化課題的初學者編寫的入門書，不過，它卻不同於一般的「生物進化」入門書。

　　一般的入門書籍，首先會針對何謂生物進化做一番說明，進而解釋進化是如何引起的，各種生物又是如何生活的。無可否認的，這些知識對生物進化這門科學來說確實不可或缺，然而更重要的是對真理與原理的探究。

　　關於生物進化的諸多疑問，本書是從因果關係的機轉以及原理的探求來解說，因此，內容有許多是依據我們的模擬實驗或理論研究為基礎提出來的。當然，其中某些假說是需要經過實證再做修正的。

　　從地球上出現生物開始，至今已經過了３８億年。在這個過程中，各種生物經過自然淘汰的試煉，最能適應環境的生物存活了下來。

　　這些存活下來的生物身上，存在著許多乍看之下並非最合適的特徵或性質，有些甚至是「毫無意義」或「敷衍了事」的。

　　例如，遺傳基因（ＤＮＡ）的複製就是一個明顯的例子。遺傳基因是利用聚合?（Polymerase）來進行複製。然而聚合?中有些會忠實地複製遺傳基因，有些卻不是這樣的（如前所述的「馬虎行事」型）。

　　之所以會出現這種現象，是因為遺傳因子受到類似紫外線等各種強烈的刺激時可能產生變異。如果完全複製這些突變的基因，生物是無法長久存在的。複製的基因長度非常長（例如複製一個人所有的ＤＮＡ，它的總長度若以光的行進速度，必須花上４６天之久）。基因的大量複製中，高精確性是必要條件，另一方面，複製時一邊修正基因的錯誤也是不可或缺的機能。      
                                                                                                         
　　不工作的「工蟻」，是一個會讓人懷疑它的存在根本是「毫無意義」的最佳例證。一說到螞蟻，人們的第一印象通常是勤奮工作的模樣，不過在真實世界裡，差不多有６?７成左右的工蟻是不工作的。

　　再舉一例，鳥類不會一次產下大量的卵，乍看之下這樣的策略與將子代數量極大化的進化原理互相矛盾，但事實上這種做法一點矛盾也沒有。雖然每次只產少數的卵，不過如果能夠細心呵護，最後還是可以留下大量的子代。

　　此外，同種生物的個體之間，會相互協助。雖然生物會以自我為中心做出利己的行動，不過在進化當中也產生了許多有利於其他生物個體的行為模式（利他行為）。

　　例如蜜蜂為了保護巢穴，會以蜂針螫刺入侵者，犧牲自己也在所不惜。而雄螳螂在交配過後，會讓雌螳螂吃掉自己，成為對方的營養補充品。像這樣的利他行為，在絕大部分的物種之間都產生了進化。現在，利他行動可以用漢彌頓的血緣選擇理論和賽局理論解釋。依據這些理論，利他行為是在讓自己得到最大利益的基礎上得出的。

　　利他行為、不工作的工蟻，以及不多產的鳥類等等，它們的行為或許在短期內會使自我的利益受損，但以長遠的角度看，卻能提高所屬群體的利益。可以說，這是一種「吃虧就是占便宜」的進化策略。

　　２１世紀，全球性的環境問題日趨嚴重。保存生物的多樣性、為防止地球暖化而減少二氧化碳的產生、避免臭氧層破洞的擴大、減少酸雨及空氣污染等等，成為國際間共同努力的目標。世界上的每一份子，都必須為了達成此一目標貢獻出一己之力。從賽局理論可知，重視己利的群體更容易滅亡。如果每個人只顧自己眼前的利益，盡做些對未來沒有好處的事，２１世紀的環境問題才會變得如此令人難以忍受！為了讓人類這個物種永續生存，每個人應從以自我為中心轉為凡事以利他為出發點，才是今後的重要課題。

　　如果本書可以讓讀者在理解生物進化的同時，開始對生物保育或環境保護產生重視，將是我最感榮幸的事情。

２００７年４月　泰中啟一．吉村仁